Пороки древесины. Часть 3
Неестественные химические окраски возникают в срубленном дереве в результате химических и биохимических процессов, которые часто вызывают окисление дубильных веществ. Бывают светлые и темные химические окраски, они не влияют на физико-механические свойства древесины, но могут портить внешний вид облицовочных материалов.
Ядровая гниль - развивается в растущем дереве под действием дереворазрушающих грибов и существенно снижает механические свойства и сортность древесины. Наружная трухлявая гниль возникает вследствие поражения древесины дереворазрушающими грибами; на поверхности пораженной древесины наблюдаются тяжи грибницы и плодовые тела, при этом пораженная древесина распадается на части и растирается в порошок. Процесс разрушения может развиваться не только в сырой, но и в относительно сухой древесине. Этот вид гнили резко снижает механические свойства древесины вплоть до полной ее непригодности. Такие пороки, как плесень, грибные окраски (побурение заболони), мало изменяют прочность древесины.
Червоточина - ходы и отверстия, проделанные в древесине насекомыми. Различают червоточину: поверхностную, проникающую в древесину не более чем на 3 мм; неглубокую, проникающую в древесину не более чем на 15 мм в круглых материалах и не более чем на 5 мм в пиломатериалах; сквозную, выходящую на две противоположные стороны материала.
Покоробленность - искривление пиломатериала, возникающее при распиловке, сушке и хранении. Различают простую и сложную покоробленность. Поскольку покоробленность изменяет форму пиломатериалов, то она затрудняет их обработку и использование по назначению.
К числу способов защиты древесины от гниения, поражения насекомыми и возгорания относят сушку древесины, конструктивные меры по предотвращению увлажнения конструкций в процессе эксплуатации, пропитку древесины антисептиками или антипиренами.
Сушка древесины может быть естественной и искусственной.
Разрушение древесины изделий и конструкций из нее грибковыми заболеваниями и насекомыми в большинстве случаев вызывается увлажнением конструкции, вызванным повышенной влажностью среды, нарушениями тепловлажностного режима при эксплуатации деревянных конструкций из-за отсутствия или недостаточной вентиляции и образования замкнутых пространств.
Для предупреждения разрушения древесины принимают ряд конструктивных мер: изолируют ее от грунта, камня и бетона, устраивают специальные каналы для проветривания, защищают деревянные конструкции от атмосферных осадков и т.п. Однако только мерами конструктивного характера нельзя полностью предохранить древесину от увлажнения и загнивания.
Древесину защищают от гниения, предварительно обрабатывая ее различными химическими веществами - антисептиками. При выборе вида антисептика необходимо принимать во внимание следующие требования: антисептики должны обладать высокой токсичностью по отношению к грибам, быть стойкими, должны хорошо проникать в древесину, не иметь неприятного запаха, быть безвредными для человека и домашних животных, не ухудшать физико-механические свойства древесины и не вызывать коррозии металлических соединений и креплений деревянных элементов.
Для древесины используют водорастворимые, органикорастворимые и масляные антисептики, а также антисептические пасты.
Водорастворимыми антисептиками пропитывают древесину, которая в процессе эксплуатации будет защищена от непосредственного увлажнения и вымывающего действия воды. Наиболее распространенными антисептиками этой группы являются следующие.
Фторид натрия - белый порошок без запаха, в растворе древесину не окрашивает и не снижает ее прочность, не вызывает коррозии металла. При взаимодействии с известью, мелом, цементом, гипсом образует малорастворимый токсичный фтористый кальций, имеет сильное действие, хорошо проникает в древесину, но легко вымывается водой. Применяют в растворах 3 - 4% концентрации для антисептирования элементов жилых, общественных и производственных зданий, а также для изделий из древесины, стружек, опилок, камыша и торфа.
Кремнефторид натрия - белый и светло-серый порошок, по действию сходный с фтористым натрием. Применяют вместе с кальцинированной содой и фтористым натрием.
Кремнефторид аммония - порошок белого цвета без запаха, не окрашивает, прочность не понижает, повышает огнестойкость древесины, но вызывает слабую коррозию металла. По токсичности кремнефтористый аммоний превосходит фтористый натрий. Обычно применяют водные растворы 5- 10%-ной концентрации. Легко вымывается водой. Водные растворы этих антисептиков бесцветны, в связи с чем для контроля тщательности нанесения в них добавляют краситель.
Препарат ББК-3 - смесь борной кислоты и буры. Хорошо растворим, практически безвреден для людей.
Препараты ХХЦ (смесь хлористого цинка и натриевого или калиевого хромпика) и МХХЦ (смесь хлористого цинка, хромпика и медного купороса) трудно вымываются водой, но окрашивают древесину в желто-зеленый цвет и вызывают коррозию черных металлов. Применяют 3 -5%-ные растворы. Относятся к токсичным веществам.
Препарат ГР-48 - антисептик на основе пентахлорфенола, без запаха, хорошо растворяется в воде. Его применяют в растворе 1 - 1,5%-ной концентрации для поверхностной защиты пиломатериалов, в частности от синевы и плесени.
Органорастворимые препараты типа ПЛ (растворы пентахлорфенола в легких нефтепродуктах) и типа НМЛ (растворы нафтената меди в легких нефтепродуктах) являются высокотоксичными антисептиками, хорошо проникающими в древесину. Эти растворы следует применять в случаях необходимости введения в древесину трудно выщелачиваемых антисептиков без последующей сушки элементов конструкций и изделий. Препараты НМЛ окрашивают древесину в зеленый цвет и затрудняют ее склеивание. В качестве растворителей применяют зеленое масло, мазут, керосин и сольвентнафту. Препараты ПЛ применяют также для усиления токсичности масляных антисептиков.
Масляные антисептики - каменноугольное масло, антраценовое масло, сланцевое масло и др. Перечисленные продукты представляют собой жидкости темно-коричневого цвета с резким запахом и сильными антисептическими свойствами. Они не выщелачиваются водой, металл не корродируют, но окрашивают древесину в темно-бурый цвет. Применяют для глубокой пропитки деревянных элементов, находящихся на открытом воздухе, в земле или воде (шпалы, части мостов, сваи, подводные сооружения и др.).
Антисептические пасты приготовляют из водорастворимого антисептика (фторида или кремнефторида натрия), связующего вещества (битума, глины, жидкого стекла и др.) и наполнителя (торфяного порошка). Пасты применяют для защиты деревянных элементов зданий, увлажнение которых происходит в процессе эксплуатации (концы балок, столбов и др.). Элементы открытых сооружений, обработанные пастой, защищают гидроизоляционным покрытием.
Деревянные строительные конструкции и изделия антисептируют различными способами: поверхностной обработкой антисептиками, пропиткой под давлением в автоклавах и обмазкой антисептическими пастами. В зависимости от назначения древесины и ее влажности применяют тот или иной способ антисептирования, причем глубина пропитки зависит как от способа антисептирования, так и от строения древесины.
Основной способ борьбы с насекомыми, разрушающими древесину на складах лесоматериалов, - содержание склада в соответствии с санитарными требованиями. Однако насекомые поражают деревянные конструкции и в сооружениях. В этом случае борьба с ними ведется обработкой древесины конструкций ядовитыми веществами - инсектицидами, в качестве которых используют рассмотренные выше масляные антисептики и препараты - на органических растворителях, а также порошок и пасту ДТ (дихлордифенилтрихлорэтан), раствор хлорофоса (диметилтрихлороксиэтилфосфоната), хлородан в виде дуста и эмульсии и другие вещества, а также некоторые газы (хлорпикрин).
Особое значение имеет защита деревянных конструкций от возгорания. Древесина относится к легко возгораемым материалам. Ее возгорание происходит при температуре 260 -290 ºС, а при нагревании выше 350 ºС она может воспламениться из-за выделяющихся газов.
Для защиты деревянных конструкций от возгорания строители должны принимать специальные меры. Конструктивные огнезащитные мероприятия сводятся к отдалению деревянных частей сооружений от источников нагревания и покрытию деревянных конструкций штукатуркой, асбестовым картоном и асбестоцементными листами. Кроме того, на деревянные конструкции наносят огнезащитные составы или пропитывают древесину химическими веществами - антипиренами. В качестве антипиренов применяют буру, хлористый аммоний, фосфорнокислые натрий и аммоний, сернокислый аммоний.
Огнезащитные составы в виде красок или паст, приготовляемые из связующего вещества, наполнителя и антипирена, наносят на поверхность деревянных конструкций кистями, а также путем двукратного опрыскивания поверхности конструкций жидкими составами.
Огнезащитное действие антипиренов основано на том, что одни из них при нагревании древесины создают оплавленную пленку, закрывая доступ кислорода к древесине, другие при высокой температуре выделяют газы, которые препятствуют горению древесины.
Можно осуществлять комбинированную защиту древесины от возгорания и гниения путем добавления в огнезащитные составы антисептиков (фторид натрия и др.), не снижающие огнезащитных свойств составов.
Модификация древесины - направленное изменение ее свойств. Модификация древесины (прессование, пропитка синтетическими смолами, облучение) производится в целях изменения ее физико-механических свойств.
Прессование древесины производится под действием внешнего давления, величина которого превышает предел прочности при сжатии. При этом уменьшается объем пор и увеличивается плотность древесины. Прессование проводят в основном в направлении, перпендикулярном направлению волокон, с нарушением структуры клеток и сосудов. Особенно сильное изменение испытывают элементы ранней части годичных слоев (трахеиды, сосуды). Полного сближения стенок трахеид хвойных пород не возникает даже при очень высоких степенях прессования. Абсолютно плотная сухая древесина имеет плотность 1,4 г/см3, тогда как плотность древесинного вещества составляет 1,53 г/см3. Отмечено, что с увеличением степени прессования диэлектрические параметры (диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь) абсолютно сухой древесины возрастают.
Пропитка синтетическими смолами снижает разбухание древесины в 2 -4 раза, увеличивает прочность в 2 - 5 раз, твердость - до 78 раз, стабилизирует электрические свойства, увеличивает срок службы. Наиболее известна конвективная обработка древесины синтетическими смолами. Для интенсификации и повышения качества древесного модифицированного материала нередко используют электромагнитные поля высоких и сверхвысоких частот. В результате реакции полимеризации протекают не в течение нескольких часов, а только нескольких минут. В качестве синтетических веществ при модификации древесины используют кремнийорганические соединения (марок КРЖ № 5, КО-815 и др.), полиэфирные смолы (ПН-1), фенолоформальдегидные смолы и др.
Облучение древесины производится различными дозами гамма-излучения. В результате облучения возрастают однородность и плотность аморфного состояния древесины.
По способу механической обработки лесоматериалы разделяют на круглые, пиленые, лущеные, фрезерованные (строганные), колотые (производимые разделением древесины вдоль клиновидным инструментом), измельченные (щепа, опилки, стружки). Последние получают в процессе обычного пиления и фрезерования или специальной переработкой древесины.
Строительные компоненты из древесных материалов (листовые, плитные и другого вида) получают с помощью связующих (вяжущих) веществ из предварительно разделенной части древесины (фанера, столярные плиты, древесно-стружечные плиты, древесно-слоистые пластики, фибролит, цементно-стружечные плиты).
Ствол поваленного дерева, опиленный от корневой части и очищенный от сучьев, называют хлыстом. Процесс деления хлыстов на части называют раскряжевкой. При раскряжевке хлыстов получают отрезки разной длины - бревна, кряжи и чурки. В строительстве используют главным образом бревна как в круглом виде, так и в качестве сырья для выработки пиломатериалов.
Круглые лесоматериалы по толщине (диаметру верхнего отруба) разделяют на мелкие, средние и крупные. Мелкие, называемые часто подтоварником, имеют диаметр 6-13 см, средние - 14_24 см, крупные - 26 см и более. Более тонкие части ствола или тонкий лес (3 - 7 см) строители называют жердями. Длина бревен составляет 3 - 6,5 м (с градацией через 0,5 м).
В зависимости от качества древесины и дефектов обработки лесоматериалы разделяют на четыре сорта. В строительстве преимущественно используют бревна 2 и 3-го сорта.
Пиломатериалы по геометрической форме и размерам поперечного сечения делят на пластины, четвертины, брусья, доски, горбыль. Брусья имеют толщину и ширину более 100 мм; бруски - толщину до 100 мм и ширину более двойной толщины.
По характеру обработки пиломатериалы подразделяют на обрезные и необрезные. У необрезных пиломатериалов кромки не пропилены. По степени обработки пиломатериалы подразделяют на нефрезерованные и фрезерованные (строганые). При толщине материалов до 32 мм их называют тонкими, при большей толщине - толстыми. Тонкие доски называют еще тесом.
Пиломатериалы хвойных пород изготовляют длиной 1,0 - 6,5 м (с градацией 0,25 м). Доски и бруски разделяют на пять сортов (отборный, 1, 2, 3 и 4-й); брусья отборного сорта не имеют. В строительстве используют все сорта, а в столярном производстве - 1 и 2-го сорта. Ширина пиломатериалов увязана с толщиной и максимально может быть: у досок - 250 мм, у брусков - 200 мм, у брусьев - 250 мм.
Пиломатериалы лиственных пород изготовляют длиной 0,5 - 6,5 м (с градацией через 0,5 м). По качеству эти пиломатериалы подразделяются на три сорта.
Шпунтовые доски и бруски имеют на одной кромке шпунт, а на другой - гребень для плотного соединения элементов. Фрезерованные изделия - плинтусы и галтели - применяют для заделки углов между стенами и полом; наличники - для обшивки дверных и оконных коробок.
Паркет бывает обыкновенный (планочный) и щитовой. Паркетные планки (дощечки) изготовляют из твердых пород - дуба, бука, ясеня и др. Щитовой паркет имеет основание из досок или брусьев, на которые наклеен паркет, набранный из отдельных планок. Паркетные доски состоят из реечного основания (позволяющее избежать коробления), на которое наклеены паркетные планки. На кромках паркетных досок имеется паз и гребень для плотного соединения при настилке пола. Применение паркетных досок дает большие преимущества по сравнению со штучным паркетом. Их изготовляют заводским механизированным способом; устройство чистого пола из паркетных досок производится значительно быстрее. Однако штучный паркет по-прежнему остается самым популярным для жилых помещений, совмещая неповторимую красоту узора натурального дерева, экологичность, износостойкость, престижность.
Принятый в нашей стране стандарт толщины плашки - 15 мм (европейский - 22 мм) позволяет снизить стоимость паркета, при правильной эксплуатации его долговечность составляет 100 лет. Качество паркета зависит от сучковатости древесины, ориентация среза (радиальный, тангенциальный, смешанный). Лучшие образцы паркета имеют точность обработки 0,1 мм и влажность 8%.
Столярные изделия включают в себя оконные и дверные блоки с вмонтированными в них оконными переплетами и дверными полотнами, столярные перегородки и панели для жилых и гражданских зданий. Оконные и дверные блоки поступают на строительство в полной готовности с навешенными полотнами и створками, окрашенными и застекленными. Столярные перегородки собирают на месте строительных работ.
Щитовые двери для жилых и общественных зданий представляют собой деревянную раму, заполненную сплошным или пустотным заполнением и облицованную с обеих сторон шпоном, твердой древесноволокнистой плитой или фанерой. Сплошное заполнение дверей выполняют из деревянных брусков, древесностружечных плит, а пустотное заполнение образуют из полосок фанеры, твердой древесноволокнистой плиты, бумажных сот и т.п. Полотна дверей окрашивают масляной краской, эмалями или имитируют под древесину ценных пород пленкой или текстурной бумагой.
Фанера представляет собой листовой материал, склеенный из трех и более слоев лущеного шпона.
Шпон - тонкий срез (до 1 мм) древесины, получаемый методом лущения (для строительной фанеры) и строгания (для декоративно-отделочной фанеры). Наружные слои шпона в фанере называют "рубашками", а внутренние - "серединками". При нечетном числе слоев шпона уменьшается коробление фанеры. Обычно фанеру склеивают из листов шпона, расположенных так, чтобы волокна смежных листов шпона были перпендикулярны. Однако в диагональной фанере волокна "рубашек" направлены под углом 45º к волокнам "серединок". Выпускают также фанеру с направлением волокон шпона в соседних слоях под углом 30 или 60º.
Лущеный шпон изготовляют следующим образом. Короткие (до 2 м) бревна пропаривают или выдерживают в бассейнах с горячей водой, чтобы придать древесине пластичность. Затем на лущильных станках с поверхности бревна, вращающегося вокруг своей оси, снимается тонкая непрерывная стружка - шпон; строганый шпон применяют только для производства декоративной фанеры. Клеевую фанеру изготовляют из березы, бука, ольхи, клена, ясеня, дуба, сосны, ели, кедра, лиственницы. Пакеты шпона, набранные по заданной схеме из определенным образом промазанных клеем листов, поступают в гидравлический пресс, плиты которого обогреваются паром. Отверждение полимерного клея происходит при температуре 120 -160 ºС и давлении прессования 1,4-2 МПа в течение 20 - 30 мин.
В зависимости от вида примененного клея и его водостойкости различают фанеру повышенной водостойкости (марка ФСФ на фенолоформальдегидном клее), средней водостойкости (марки ФК и ФБА соответственно на карбамидном и альбумин-казеиновом клеях) и ограниченной водостойкости (марка ФБ на казеиновом клее). По виду обработки поверхности фанера может быть нешлифованной или шлифованной с одной или двух сторон. По числу слоев шпона различают трехслойную, пятислойную и многослойную фанеру толщиной 1,5- 18,0 мм и размером листа до 2400 х 525 мм. Фанеру марки ФСФ применяют для обшивки наружных стен, кровельных работ, изготовления несущих и ограждающих конструкций, а других марок - для устройства внутренних перегородок и обшивки стен и потолков внутри помещений.
Бакелизированную фанеру получают из березового лущеного шпона, пропитанного и склеенного фенолоформальдегидными клеями. Бакелизированная фанера имеет высокие конструктивные качества: ее предел прочности при растяжении составляет 60 - 80 МПа, при этом она почти так же легка, как и древесина. Эта фанера обладает повышенной водостойкостью, атмосферостойкостью и прочностью. Ее применяют для изготовления легких конструктивных элементов. Декоративную клееную фанеру изготовляют из березового, ольхового или липового шпона и облицовывают с одной или двух сторон строганым шпоном из ценных пород дерева (дуба, груши и т.п.) с красивой текстурой либо полимерными пленками. Декоративную фанеру (марки ДФ) применяют для внутренней отделки стен, перегородок, дверных полотен, встроенной мебели.
Фанерные плиты представляют собой многослойные изделия из шпона, склеенного полимерными клеями; их толщина 8 -30 мм и 35 - 78 мм.
Столярные плиты оклеивают с обеих сторон березовым или другим шпоном. Толщина плит составляет 16 - 50 мм. Их применяют для изготовления дверей, перегородок, встроенной мебели.